趙國博

（山東大學機械工程學院，濟南 250002）

關于紙橋承重比賽的紙橋的設計制造

趙國博

（山東大學機械工程學院，濟南 250002）

紙橋承重比賽是一個兼顧動手制作與創(chuàng)新的比賽，它鍛煉了一個人的動手能力與創(chuàng)新能力，又鍛煉了一個團隊的合作能力與分工能力。前不久我們參加了一次比賽，我們的紙橋橋重46.7g承重15.85kg，取得了優(yōu)異的成績，故分享下自己的心得體會。

紙橋承重；45.7g；15.85kg

1 紙橋要求

跨長不小于280mm；橋洞可通過180*80的長方體；橋面為一整體，橋不能為一框架；橋面可放100*100的承載平臺；總重不超過55g，用大賽給定的Α4紙與固體膠；其他工具自備。

由于手工制作精度低，外形越復雜，制作難度越大，精度越低，誤差越大，效果更差。因此我們的方案選擇原則是簡潔有效，故采用四墩兩梁一面的結構（如圖1）。

2 橋墩設計

橋墩是采用實心，還是采用空心？在我們日常生活中，我們所見大橋（比如高架橋、天橋等）的橋墩都是實心的，那我們所做紙橋的橋墩是不是也是實心呢？當橋墩的外圓直徑相同時，我們不能否認實心橋墩的性能的確優(yōu)于空心橋墩。但如果是采用相同紙張時，空心橋墩的性能明顯優(yōu)于實心橋墩。我們做過實驗測試：采用相同紙張時，實心橋墩的外圓直徑明顯小于空心橋墩，導致實心橋墩的承重面積過小，進而導致橋體不穩(wěn)，易坍塌，而空心橋墩卻能很好的解決這些問題。我們用兩張紙做了四個橋墩，承重可達20kg以上，并在橋墩上捏出凹槽（如圖2）。

3 橋梁設計

橋梁是一座橋的最重要部件，它起到承擔載荷以及把載荷傳遞到橋墩上的作用。橋梁是采用空心，還是采用實心？《材料力學》［1］告訴我們在相同材料下空心鋼的性能是要高于實心鋼的。那對于我們的紙橋是不是也適用呢？我們做過測試：在相同紙張條件下，空心梁先發(fā)生彎曲，導致橋梁承重能力下降，進而引起橋失穩(wěn)坍塌。我們解釋為：紙畢竟不是剛，鋼的強度硬度非常大，而紙非常軟；由于木質板很硬，當木質板擠壓梁時，梁容易發(fā)生變形，就如同用手壓海綿，海綿容易變形一樣；只要紙制梁發(fā)生明顯的變性，會導致梁的受力非常復雜，且受力不均勻，會使大部分載荷轉移到變形梁上，加快梁的變形，導致橋迅速失穩(wěn)坍塌。因此我們要保證紙質梁非常的硬，把變形臨界點往后推移。我們每一根梁用四張紙，共八張紙。將四張紙按圖3放置，在接觸的一點上抹上膠，按照給定的橋梁跨長要求，剪掉多余的部分，將之沾到薄弱的地方（如圖4），然后將紙卷起來，這樣得到的橋梁（如圖5）會非常硬，而且強度很大。

4 橋面設計

紙橋的承載能力有橋墩和橋梁決定，與橋面無關。故橋面的設計要考慮到紙橋的外形要求，同時兼顧美觀。我們考慮到橋重的要求，便將紙裁成滿足橋面要求的形狀，直接用膠沾到了橋梁上。

5 總結

紙橋承重比賽雖是一個小比賽，但它鍛煉了一個人的動手能力和創(chuàng)新能力，同時鍛煉了一個團隊的合作能力與分工能力。故我們應以積極的心態(tài)去看待比賽，以認真的心態(tài)去參加比賽，在比賽中盡情發(fā)揮自己的創(chuàng)新能力與動手制作能力，收獲比賽的喜悅與幸福，感受成功的美好。

［1］馮維明.材料力學［M］.北京∶國防工業(yè)出版社，2015（01）.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.19.183